Угроза цунами сильно недооценена в существующих моделях, показывает новое исследование

Землетрясение на Суматре в 2004 году вызвало одно из самых разрушительных цунами за всю историю наблюдений: 100-футовые волны унесли жизни почти 230 000 человек, а ущерб оценивается в 10 миллиардов долларов. Оно также привело к новому пониманию того, что мощные цунами вызываются разрывами подводных линий разломов при неглубоких землетрясениях. Будущие цунами, вероятно, будут такими же сильными, если не хуже, что может привести к гибели еще большего числа людей и уничтожению целых общин. Хотя современные исследования указывают на глубину разрыва как на ключевой фактор в прогнозировании силы цунами, эти модели не могут объяснить, почему большие цунами все еще возникают после относительно небольших землетрясений.

Теперь исследователи Калифорнийского университета обнаружили корреляцию между силой цунами и шириной внешнего клина - области между континентальным шельфом и глубокими впадинами, где возникают большие цунами, - которая помогает объяснить, как подводные сейсмические события вызывают большие цунами. Опираясь на результаты исследования предыдущих цунами, авторы проанализировали геофизические, сейсмические и батиметрические данные глобальных зон субдукции, чтобы определить и обсудить потенциальные опасности цунами.

Их последнее исследование показало, что существующие модели прогнозирования недооценивают силу цунами на целых 100%. Работа опубликована в журнале Earth-Science Reviews.

"Почти половина человечества проживает в прибрежных районах, что делает наше население и инфраструктуру уязвимыми к сейсмическим угрозам и цунами", - сказал Сильвен Барбот, доцент наук о Земле в Дорнсайфском колледже литературы, искусств и наук Университета Южной Калифорнии и соавтор исследования. "Чтобы сохранить наши средства к существованию и нашу экономику, мы должны защитить себя от этих очень сильных опасностей, которые случаются относительно редко, но все же случаются. Мы не можем остановить эту опасность, поэтому нам необходимо смягчить ее последствия".

"Это означает наличие планов эвакуации на случай цунами и разработку плана городского развития, чтобы избежать размещения школ и больниц в зонах затопления. Существуют упреждающие меры, которые мы можем предпринять, чтобы защитить себя от цунами и наводнений в долгосрочной перспективе, и наше исследование дает описание того, как определить территорию, подверженную этим опасностям".

Угроза цунами: Ширина зоны возбуждения высоко коррелирует с тяжестью последствий

Для разработки новой модели Барбот и его соавтор Цян Цю, работающий сейчас в Институте океанологии Южно-Китайского моря при Китайской академии наук, проанализировали структурные и тектонические особенности почти десятка глобальных цунами, вызванных землетрясениями. Анализ показал, что особенно сильные цунами возникают после того, как горизонтальное движение переходит в подъем внешнего клина осадочных пород, расположенного между континентальным шельфом и глубоким океаническим желобом. Многочисленные разломы и складки внешнего клина аккреционных призм эффективно перенаправляют субокеаническое горизонтальное движение, генерируемое сильными и гигантскими разрывными землетрясениями в желобах, в потенциально разрушительные цунами.

Исследователи Калифорнийского университета обнаружили, что цунами, вызванные крупными землетрясениями, возникают после того, как горизонтальное движение океанических вод переходит в подъем в зоне возбуждения цунами - внешнем клине осадочных пород между континентальным шельфом и глубоким океаническим желобом. (USC Graphic/Mesa Schumacher and Edward Soleto)

"Мы можем очень быстро определить, где и насколько сильны землетрясения в зонах субдукции", - сказал Барбот. "Если они окажутся довольно мелкими, наши результаты позволят быстро определить, какой высоты цунами они могут вызвать. Это может помочь улучшить уже существующие краткосрочные стратегии смягчения последствий для систем раннего предупреждения".

Исследование цунами, вызванных землетрясениями, выявило корреляционную связь между шириной внешнего клина и максимальной силой цунами, возникающих в результате землетрясений с магнитудой от 7,1 до 8,2 (Mw). При этом исследователи смогли получить оценки будущей силы цунами, вызванных различными сейсмическими событиями.

Ближний Восток, Аляска и северо-запад Тихого океана входят в число регионов, которым угрожают цунами
Авторы исследовали еще 30 активных зон субдукции. Используя корреляцию между шириной внешнего клина и волнами цунами, они пролили свет на угрозу, которую представляют потенциальные цунами. Авторы определили зоны субдукции Западный Макран (Иран), Западные Алеутские, Малые Антильские, Хикуранги (Новая Зеландия) и Каскадия как зоны, способные вызвать самые высокие нагоны цунами. Например, Каскадийская зона субдукции, расположенная у западного побережья США вблизи штатов Орегон и Вашингтон, может испытать цунами высотой 160 футов в результате сильного землетрясения, что вдвое больше, чем прогнозируют существующие модели.

"Регион, который должен быть наиболее бдительным в этом отношении, - это Иран и Пакистан", - сказал Барбот. "Большая часть их промышленности и населения расположена на южном побережье, что подвергает их наибольшей потенциальной угрозе цунами - возможно, до 90 метров [почти 300 футов] в случае землетрясения силой 9,0 МВт. Однако в других зонах субдукции угроза почти такая же. На Тихоокеанском Северо-Западе уже приняты меры по смягчению последствий цунами, но, возможно, они готовятся к меньшему подъему, чем произойдет".

Хотя эти результаты лучше объясняют, как сильные цунами возникают в результате неглубоких сейсмических событий, будущие работы должны включать трехмерную съемку внешнего клина, считают авторы. Понимание пути от землетрясения до цунами зависит от выявления структурных и реологических факторов, которые превращают разрыв в землетрясение, разрушающее впадину.

"В данном исследовании мы смогли найти эту корреляцию просто потому, что у нас теперь много данных", - сказал Барбот. "Именно преимущество ретроспективы позволило нам обнаружить эту действительно очень простую корреляцию. Многое из этого мы еще не знаем, поэтому это требует более детального исследования, но связь между шириной внешнего края и набеганием цунами достаточно ясна, чтобы ее можно было экстраполировать".